научная статья по теме ПОЗДНЕЧЕТВЕРТИЧНЫЕ ДИСЛОКАЦИИ И СЕЙСМОТЕКТОНИКА ОЧАГА РАЧИНСКОГО ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯ (БОЛЬШОЙ КАВКАЗ) Геология

Текст научной статьи на тему «ПОЗДНЕЧЕТВЕРТИЧНЫЕ ДИСЛОКАЦИИ И СЕЙСМОТЕКТОНИКА ОЧАГА РАЧИНСКОГО ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯ (БОЛЬШОЙ КАВКАЗ)»

ГЕОТЕКТОНИКА, 2014, № 6, с. 55-76

УДК 550.311

ПОЗДНЕЧЕТВЕРТИЧНЫЕ ДИСЛОКАЦИИ И СЕЙСМОТЕКТОНИКА ОЧАГА РАЧИНСКОГО ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯ (БОЛЬШОЙ КАВКАЗ)

© 2014 г. А. Н. Овсюченко, А. В. Мараханов, А. С. Ларьков, С. С. Новиков

Институт физики Земли им. О.Ю. Шмидта РАН, 123995, Москва, Б. Грузинская ул., д. 10, стр. 1

e-mail: ors@ifz.ru Поступила в редакцию 20.05.2013 г.

Изложены результаты изучения следов древних сейсмических катастроф в эпицентральной зоне Рачинского землетрясения 1991 г. Очаг землетрясения заслуживает внимания, поскольку отразил основную тенденцию геологического развития региона — надвигание южного склона Большого Кавказа на фундамент Закавказского срединного массива. Выяснилось, что в том же очаге, в голоцене произошли две крупномасштабные сейсмические активизации. Приблизительная продолжительность среднеголоценовой активизации — 2300 лет (произошла 7300—5000 лет назад). Позднего-лоценовая активизация, охватывающая и Рачинское землетрясение 1991 г., продолжается около 1600 лет. Обсуждается роль Рачинского землетрясения в крупномасштабном сейсмическом цикле. Неожиданным обстоятельством стало отсутствие датировок в интервале примерно 24000—9500 лет назад. Отсутствие этих датировок могло быть связано как с изменением климата и отсутствием па-леопочв, так и с затормаживанием сейсмического процесса. Полученные результаты также позволили выполнить сейсмотектоническую сегментацию рассматриваемого отрезка южного склона Большого Кавказа.

Ключевые слова: Большой Кавказ, Рачинское землетрясение, сейсмотектоника, палеосейсмология, активные разломы, сейсмический цикл

DOI: 10.7868/S0016853X14050051

ВВЕДЕНИЕ

Сильные землетрясения представляют собой самые яркие и грозные проявления современных тектонических процессов. Эти процессы действовали в литосфере в прошлом, в настоящее время и будут действовать в будущем. В этом смысле изучение активных тектонических процессов имеет прогностическое значение. Среди прогностических задач, решаемых геологическими методами, большое значение имеет проблема повторяемости сильных землетрясений. Наиболее важная, прикладная сторона проблемы — оценка сейсмической опасности. Решение этой задачи позволяет пролить свет и на другие фундаментальные вопросы современной геодинамики — периодичность активизаций и современные темпы тектонических процессов.

Большой Кавказ в этом отношении изучен слабо. Сильные землетрясения здесь происходили неоднократно, но нет ни одного, для которого стало бы ясным место в долговременной сейсмической истории конкретной геологической структуры. Это связано с неполнотой сейсмологических и исторических сведений о землетрясениях. Решение задачи возможно лишь с привлечением палеосейсмогеологических данных. Очевидно, что предпочтительными объектами для

изучения являются хорошо изученные очаги сильных землетрясений современности, а суждения о повторяемости сильных сейсмических событий объективны лишь при рассмотрении долговременной сейсмической истории, охватывающей как минимум весь голоцен, т.е. последние 10 тыс. лет.

Сильнейшим за всю историю инструментальных сейсмологических наблюдений на Большом Кавказе стало Рачинское землетрясение, произошедшее 29 апреля 1991 г. на его южном склоне, в Грузии и Южной Осетии. Очаг землетрясения был связан с моментальным надвиганием складчатого комплекса мезозойских пород южного склона Большого Кавказа на фундамент Закавказского срединного массива [18]. Землетрясение было очень хорошо исследовано с сейсмологической и сейсмотектонической точек зрения. К сожалению, в 1991 г., при обследовании эпицентральной зоны не было проведено полномасштабных палеосейсмологических работ. Остался не ясным вопрос, были ли ранее здесь такие же сильные сейсмические события, как часто, и какие сейсмодислокации они породили. Чтобы восполнить этот пробел, такие исследования были проведены сотрудниками ИФЗ РАН в 2009— 2010 гг. Объектами изучения были как активные

разломы, так и вторичные следы древних землетрясений (оползни, обвалы и т.п.), для которых получены радиоуглеродные датировки. Предварительные результаты, без анализа всех датировок, были опубликованы ранее [14]. Цель исследований — воссоздание долговременной сейсмической истории структуры, породившей это выдающееся событие.

ОБЩИЕ СВЕДЕНИЯ ОБ ИЗУЧЕННОСТИ РАЧИНСКОГО ЗЕМЛЕТРЯСЕНИЯ

Магнитуда землетрясения по разным оценкам — М = 7.1 (оперативное определение ЕССН СССР), М, = 6.9 (КС), Мw = 7.0 (СМТ) [1]. Очаг землетрясения был неглубокий, тем не менее, прямые проявления выхода очага на поверхность обнаружены не были. Интенсивность в населенных пунктах обширной эпицентральной зоны достигла 8 (а в 5 случаях и 9) баллов по шкале М8К-64 [16].

После основного толчка произошло много аф-тершоков. Поле афтершоков имело дисперсный характер, большую ширину (20—30 км) и длину 80—90 км [2]. Поля сгущения афтершоков и остаточных нарушений на поверхности обрисовали очаг землетрясения, располагающийся на глубине 5—10 км [18]. Очаг имеет сложное строение; в нем были выделено три субочага, два из которых полого падают в северном направлении под углом 28°—42°, а третий отразил растяжение в тылу на-двиговой пластины [28].

В этой же области возникли многочисленные вторичные остаточные нарушения поверхности — горные обвалы, оползни, каменные лавины, срывы, трещины отседания склонов и т.п. [3, 4]. В западной части очаговой зоны, на южной окраине плато Хихата, были обнаружены косвенные признаки выхода очага на поверхность в виде взбро-со-надвига с поднятым северным крылом протяженностью более 10 км [3].

В целом, событие 1991 г. продолжило надвигание складчатого комплекса южного склона Большого Кавказа на фундамент Закавказского (Дзи-рульского) срединного массива, отразив тенденцию, прослеженную на протяжении всего новейшего этапа и ответственную за формирование современного тектонического устройства региона [18]. Подобные смещения происходят здесь уже несколько миллионов лет, а основные тектонические элементы региона находят прямое отражение в современном рельефе представляя собой активные морфоструктуры (рис. 1). Сейсмическая активизация не закончилась в 1991 г.; позже в пределах очаговой зоны 1991 г. возникли землетрясения 06.02.06 с М, = 5.1 и 07.09.09 с М, = 6.1 и большое количество слабых толчков.

Сведения о землетрясениях сопоставимой энергии для рассматриваемого района отсутствуют, в связи с чем сделано предположение, что период повторяемости для таких событий превышает 1000 лет [1]. До землетрясения здесь отсутствовали и конкретные сведения о следах сильных сейсмических событий прошлого — палеосейсмо-дислокациях. Ранее древние сейсмодислокации были выявлены и изучены значительно западнее очага землетрясения 1991 г. — в северо-западной Грузии и Абхазии [24]. Сразу после Рачинского землетрясения палеосейсмодислокации были выявлены (без абсолютного возрастного датирования) в основном в западной части эпицен-тральной области, тогда как в Южной Осетии таких исследований провести не удалось [3].

МЕТОДЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

При исследованиях был применен палеосей-смологический подход. Он основан на том, что сильнейшие землетрясения далекого, часто доисторического прошлого оставляют на поверхности следы — палеосейсмодислокации [23]. Среди них выделяется два основных типа: первичные (или сейсмотектонические разрывы, отражающие выход очага землетрясения на поверхность) и вторичные (сейсмогравитационные и вибрационные, представляющие собой следствие сейсмических сотрясений), а также промежуточный тип — гравитационно-сейсмотектонические [17, 20]. К вторичным нарушениям, в первую очередь, относятся оползни, обвалы, каменные лавины, катастрофические сели и структуры разжижения грунта — кластические, нептунические дайки и грифоны.

Выявление древних сейсмогенных образований основано на морфологических методах. В случае первичных сейсмодислокаций (активных разломов) это относится, прежде всего, к выявлению линейных зон, секущих и смещающих молодые формы рельефа. На наличие молодых смещений указывают закономерно ориентированные линейные уступы, изгибы, ложбины, валы и пр., прослеживаемые в формах рельефа и отложениях позднеплейстоцен-голоценового возраста (т.е. образовавшихся примерно в последние 100— 130 тыс. лет) [21]. К ним в первую очередь относятся речные террасы, конусы выноса, поверхности выравнивания, а также синхронные им отложения. Метод детального изучения разреза молодых отложений, деформированных в зонах активных разломов, получил название тренчинга, суть и назначение которого подробно изложены в работе [15]. Следует отметить, что молодые тектонические деформации на поверхности не всегда проявляются в виде разрывных смещений геоморфологических уровней и синхронных им отложений. Зачастую они принимают вид складчатых дефор-

43.2° 43.5° 43.8° 44.1° 44.4°

Рис. 1. Тектоническая схема района очага Рача-Джавского землетрясения 1991 г. (вверху) и положение района исследований (внизу)

Буквами обозначены названия тектонических зон (расположенных между основными разломами) по данным [6, 19]: Гх — зона Главного хребта; Ч — Чиаурский флишевый синклинорий; Г-Д — Гагро-Джавская зона; О-С — Окрибо-Са-чхерская зона; Дз — Дзирульский кристаллический массив; Ж-Г — Жинвали-Гомборский покров. 1 — эпицентры субочагов Рача-Джавского землетрясения и их механизмы [28]; 2 — эпицентр афтершока 15.06.1991 и его механизм по данным СМТ; 3 — контуры поля сгущения афтершоков [1]; 4 — основные взбросо-надвиги: 1 — Уцер-ско-Павлеурский, 2 — Поцхвревский, по данным [7, 9, 10]; 5 — разломы неясной кинематики; 6 — зона Цхинвали-Каз-бекского разлома; 7 — четвертичные осадки Тирифоно-Мухранской впадины; 8 — эоценовые отложения Гагро-Джав-ской зоны и олигоцен-плиоценовые осадки Рача-Лечхумского прогиба и Тирифоно-Мухранской впадины

маций, флексур, перекосов и т.п. Видимо, именно такие деформации отразили на поверхности очень пологий очаг Рачинского землетрясения.

Сейсмогравитационные дислокации в виде от-седаний склонов гор, обвальных, оползне-об-вальных, оползневых смещений, каменных и земляных лавин, селевых потоков и т.п. образова-

ни

Для дальнейшего прочтения статьи необходимо приобрести полный текст. Статьи высылаются в формате PDF на указанную при оплате почту. Время доставки составляет менее 10 минут. Стоимость одной статьи — 150 рублей.

Показать целиком